LaF3∶Eu,Tb熒光納米粉末的制備及其在手印顯現(xiàn)中的應(yīng)用

王猛

（中國(guó)刑警學(xué)院 遼寧 沈陽 110035）

采用水熱法合成出具有較高熒光強(qiáng)度、較小顆粒粒徑的LaF3∶Eu,Tb熒光納米粉末。通過透射電子顯微鏡（TEM）、X射線衍射（XRD）、熒光光譜（FS） 對(duì)納米熒光粉末的粒徑形貌、晶體結(jié)構(gòu)、熒光性能進(jìn)行表征。最終將納米熒光粉末成功應(yīng)用于一系列光滑客體表面汗?jié)撌钟〉姆勰┓@現(xiàn)。經(jīng)LaF3∶Eu,Tb納米熒光粉末顯現(xiàn)的手印在254nm紫外燈照射下能夠發(fā)射出明亮的黃色熒光，紋線清晰連貫、細(xì)節(jié)特征明顯，具有較高的鑒定價(jià)值。

手印顯現(xiàn) 納米粉末 汗?jié)撌钟?熒光

1 引言

稀土納米熒光材料是近些年來發(fā)展十分迅速的一種新型納米材料，它具有發(fā)光強(qiáng)度高、光穩(wěn)定性能好、發(fā)光顏色可調(diào)、毒性傷害小等一系列優(yōu)點(diǎn)，為手印顯現(xiàn)技術(shù)提供了一條嶄新的思路。本研究將納米技術(shù)與手印顯現(xiàn)技術(shù)相結(jié)合，把LaF3∶Eu,Tb納米熒光粉末應(yīng)用到潛在手印顯現(xiàn)技術(shù)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)粉末顯現(xiàn)法的改進(jìn)，旨在提高傳統(tǒng)顯現(xiàn)方法的對(duì)比度和靈敏度，降低顯現(xiàn)的背景干擾。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)器材及藥品

分析天平、恒溫烘箱、水熱合成反應(yīng)釜、高速離心機(jī)、磁力攪拌器、數(shù)碼單反相機(jī)、翻拍架、暗箱式紫外分析儀、指紋毛刷。

氧化鑭（99.99%）、氧化銪（99.99%）、氧化鋱（99.99%）、濃硝酸（優(yōu)級(jí)純）、氟化氫銨（分析純）、乙二醇（分析純）、無水乙醇（分析純），以上化學(xué)試劑購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司（沈陽）。實(shí)驗(yàn)中使用的水為自制去離子水。

2.2 LaF3∶Eu,Tb納米熒光粉末的制備

將氧化鑭、氧化銪、氧化鋱按照一定比例混合，向該混合物中加入適量濃硝酸，使氧化物溶解，蒸干多余硝酸，得到白色硝酸鹽粉末。向該粉末中加入適量水和乙二醇，使粉末溶解，形成混合物A。將氟化氫銨溶解于適量水中，形成混合物B。在電動(dòng)攪拌下，將混合物B緩慢滴入到混合物A中。然后，將反應(yīng)體系轉(zhuǎn)移到水熱合成反應(yīng)釜中，密封，在150℃下反應(yīng)數(shù)小時(shí)。反應(yīng)完畢，將水熱合成反應(yīng)釜自然冷卻至室溫。開封，向產(chǎn)物中加入無水乙醇，離心、用水洗滌沉淀數(shù)次。沉淀在恒溫烘箱中干燥，最終得到LaF3∶Eu,Tb納米熒光粉末。

2.3 LaF3∶Eu,Tb納米熒光粉末的表征

采用TECNAI20型透射電子顯微鏡（TEM，美國(guó)FEI公司）觀察納米粉末的粒徑形貌；采用X’Pert Pro型多晶X射線衍射儀（XRD，荷蘭PANalytical公司） 表征納米粉末的晶體結(jié)構(gòu)；采用LS-55型熒光光譜儀（FS，美國(guó)Perkin Elmer公司）檢測(cè)納米粉末的熒光性能。

2.4 手印樣本制作

將手洗干凈后自然晾干，在客體表面按捺一枚新鮮的汗?jié)撌钟。谩?/p>

2.5 手印顯現(xiàn)

用指紋毛刷蘸取少量LaF3∶Eu,Tb納米熒光粉末，沿著垂直物面從下向上掃動(dòng)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)手印紋線后，彈掉毛刷上的粉末，然后順著紋線的流向刷顯至紋線清晰為止。將顯出的手印樣品置于254nm暗箱式紫外分析儀中觀察、拍照記錄，再用指紋膠帶紙?zhí)崛」潭ā?/p>

3 結(jié)果與討論

3.1 LaF3∶Eu,Tb納米熒光粉末的表征

LaF3∶Eu,Tb納米熒光粉末的TEM照片如圖1所示，該納米熒光粉末的微觀形貌為球形，分散性良好，顆粒大小均一。經(jīng)測(cè)量，納米顆粒的平均粒徑約為10nm，其粒徑完全可以滿足手印顯現(xiàn)的需要。

圖1 LaF3∶Eu,Tb納米熒光粉末的TEM照片

LaF3∶Eu,Tb納米熒光粉末的XRD譜圖如圖2a所示，該衍射峰所對(duì)應(yīng)的晶體結(jié)構(gòu)為六方 LaF3晶型（JCPDS No.76-0510），并且衍射峰的位置和強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)譜圖（圖2b）一致匹配，說明該納米熒光粉末具有較高的結(jié)晶度。

圖2 LaF3∶Eu,Tb納米熒光粉末的XRD譜圖

LaF3∶Eu,Tb納米熒光粉末在254nm紫外光激發(fā)下的熒光發(fā)射光譜如圖3所示，發(fā)射光譜中出現(xiàn)四個(gè)較尖銳的發(fā)射峰，為Eu3+離子和Tb3+離子的特有發(fā)射峰。從圖3插圖中可以看出，該納米熒光粉末在254nm紫外光激發(fā)下可以發(fā)射出明亮的黃色熒光，其熒光強(qiáng)度完全可以滿足手印顯現(xiàn)的需要。

圖3 LaF3∶Eu,Tb納米熒光粉末的FS譜圖

3.2 LaF3∶Eu,Tb納米熒光粉末用于手印顯現(xiàn)

實(shí)驗(yàn)首先考察LaF3∶Eu,Tb納米熒光粉末對(duì)常見光滑非滲透性客體表面汗?jié)撌钟〉娘@現(xiàn)效果。如圖4所示，使用LaF3∶Eu,Tb納米熒光粉末對(duì)玻璃、瓷磚、塑料片等光滑非滲透性客體表面的汗?jié)撌钟∵M(jìn)行顯現(xiàn)，并通過254nm紫外燈照射觀察，可以觀察到手印乳突紋線部位產(chǎn)生了明亮的黃色熒光，對(duì)比度強(qiáng)烈、紋線清晰連貫、細(xì)節(jié)特征明顯，顯現(xiàn)效果較好。

圖4 LaF3∶Eu,Tb納米熒光粉末顯現(xiàn)常見光滑非滲透性客體表面汗?jié)撌钟≌掌?/p>

實(shí)驗(yàn)繼續(xù)考察LaF3∶Eu,Tb納米熒光粉末對(duì)常見金屬客體表面汗?jié)撌钟〉娘@現(xiàn)效果。如圖5所示，使用LaF3∶Eu,Tb納米熒光粉末對(duì)不銹鋼、鋁合金、鋁箔片等光滑金屬客體表面的汗?jié)撌钟∵M(jìn)行顯現(xiàn)，并通過254nm紫外燈照射觀察，其顯現(xiàn)效果較好。

圖5 LaF3∶Eu,Tb納米熒光粉末顯現(xiàn)光滑金屬客體表面汗?jié)撌钟≌掌?/p>

實(shí)驗(yàn)又考察了LaF3∶Eu,Tb納米熒光粉末對(duì)常見油漆物質(zhì)客體表面汗?jié)撌钟〉娘@現(xiàn)效果。如圖6所示，使用LaF3∶Eu,Tb納米熒光粉末對(duì)復(fù)合地板、油漆木等光滑油漆物質(zhì)客體表面的汗?jié)撌钟∵M(jìn)行顯現(xiàn)，并通過254nm紫外燈照射觀察，顯現(xiàn)效果較好。

圖6 LaF3∶Eu,Tb納米熒光粉末顯現(xiàn)光滑油漆物質(zhì)客體表面汗?jié)撌钟≌掌?/p>

實(shí)驗(yàn)還考察了LaF3∶Eu,Tb納米熒光粉末對(duì)常見大理石客體表面汗?jié)撌钟〉娘@現(xiàn)效果，驗(yàn)證某些大理石的背景花紋是否能夠?qū)κ钟★@現(xiàn)造成干擾。如圖7所示，使用LaF3∶Eu,Tb納米熒光粉末對(duì)具有不同花紋的大理石客體表面汗?jié)撌钟∵M(jìn)行顯現(xiàn)，并通過254nm紫外燈照射觀察，其顯現(xiàn)效果較好。對(duì)于表面具有花紋圖案的大理石客體（圖7a），其顯現(xiàn)效果沒有受到背景花紋的影響（圖7b），說明該納米熒光粉末的熒光強(qiáng)度足夠強(qiáng)，完全可以克服背景顏色及背景花紋所帶來的干擾。

圖7 LaF3∶Eu,Tb納米熒光粉末顯現(xiàn)大理石客體表面汗?jié)撌钟≌掌?/p>

實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步考察了LaF3∶Eu,Tb納米熒光粉末對(duì)常見塑料客體表面汗?jié)撌钟〉娘@現(xiàn)效果，驗(yàn)證某些客體所產(chǎn)生的背景熒光是否能夠?qū)κ钟★@現(xiàn)造成干擾。如圖8所示，使用LaF3∶Eu,Tb納米熒光粉末對(duì)具有不同圖案的塑料卡片客體表面汗?jié)撌钟∵M(jìn)行顯現(xiàn)，并通過254nm紫外燈照射觀察，其顯現(xiàn)效果較好。對(duì)于表面具有不同圖案顏色并能夠產(chǎn)生自體熒光的塑料卡片客體，其顯現(xiàn)效果基本沒有受到圖案顏色和自體熒光的影響，說明該納米熒光粉末的熒光強(qiáng)度足夠強(qiáng)，基本可以克服圖案顏色及背景熒光所帶來的干擾，保證了手印顯現(xiàn)的高靈敏度。

本實(shí)驗(yàn)嘗試了某些滲透性紙張客體表面新鮮汗?jié)撌钟〉娘@現(xiàn)，顯現(xiàn)結(jié)果如圖9所示。使用LaF3∶Eu, Tb納米熒光粉末對(duì)具有圖案顏色和自體熒光的火車票以及便箋紙表面汗?jié)撌钟∵M(jìn)行顯現(xiàn)，并通過254nm紫外燈照射觀察，其顯現(xiàn)效果較為理想。說明該納米熒光粉末對(duì)于某些滲透性客體表面新鮮汗?jié)撌钟〉娘@現(xiàn)具備一定的優(yōu)勢(shì)。另外，對(duì)于表面有圖案顏色和強(qiáng)烈自體熒光的紙張客體，顯現(xiàn)效果基本沒有受到圖案顏色和自體熒光的影響，說明該納米熒光粉末的熒光強(qiáng)度足夠強(qiáng)，基本可以克服圖案顏色和背景熒光所帶來的干擾，保證了手印顯現(xiàn)的高靈敏度。

圖8 LaF3∶Eu,Tb納米熒光粉末顯現(xiàn)塑料客體表面汗?jié)撌钟≌掌?/p>

圖9 LaF3∶Eu,Tb納米熒光粉末顯現(xiàn)紙張表面汗?jié)撌钟≌掌?/p>

4 結(jié)論

采用水熱法制備出了粒徑尺度約為10nm的LaF3∶Eu,Tb納米熒光粉末，該納米熒光粉末在254nm紫外光激發(fā)下能夠發(fā)射出較強(qiáng)的黃色熒光。利用透射電子顯微鏡、X射線衍射、熒光光譜等表征手段對(duì)該納米熒光粉末的粒徑形貌、晶體結(jié)構(gòu)、熒光強(qiáng)度等進(jìn)行了表征。將LaF3∶Eu,Tb納米熒光粉末用于常見光滑非滲透性客體以及某些滲透性客體表面汗?jié)撌钟〉姆勰┓@現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用LaF3∶Eu,Tb納米熒光粉末顯現(xiàn)出的手印具有紋線清晰連貫、細(xì)節(jié)特征明顯、背景圖案顏色干擾低、背景自體熒光干擾低等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)手印的高對(duì)比度及高靈敏度顯現(xiàn)。

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（責(zé)任編輯：孟凡騫）

D918.91

A

2095-7939(2015)02-0056-03

2015-03-16

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（編號(hào)：21205139）；遼寧省高等學(xué)校優(yōu)秀人才支持計(jì)劃（編號(hào)：LJQ2014130）；公安部應(yīng)用創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：2012YYCXXJXY127）；公安部科技強(qiáng)警基礎(chǔ)工作專項(xiàng)項(xiàng)目（編號(hào)：2014GABJC033）；東穗科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目（編號(hào)：2014-7）。

王猛（1983-），男，吉林省吉林市人，中國(guó)刑警學(xué)院痕跡檢驗(yàn)技術(shù)系副教授，博士，主要從事痕跡檢驗(yàn)鑒定研究。